Hoe wordt de gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie van MBBR gerealiseerd?
(1) Het concept van gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie biologische stikstofverwijdering (SND)
Simultane nitrificatie, denitrificatie en denitrificatie (SND) is de gelijktijdige productie van nitrificatie, denitrificatie en koolstofverwijdering in dezelfde reactor. Het doorbreekt de traditionele opvatting dat nitrificatie en denitrificatie niet tegelijkertijd kunnen plaatsvinden, zeker onder aerobe omstandigheden kan ook denitrificatie plaatsvinden, waardoor gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie mogelijk is.
Het nitrificatieproces verbruikt alkaliteit en het denitrificatieproces produceert alkaliteit, dus SND kan de pH-waarde in de reactor effectief stabiel houden, zonder de noodzaak van zuur-base-neutralisatie en zonder de noodzaak van een externe koolstofbron; het bespaart het volume van de reactor, verkort de reactietijd en vermindert de nitraattoestand. Stikstofconcentratie kan slib dat in secundaire sedimentatietanks drijft verminderen, dus SND is een onderzoekshotspot van biologische denitrificatie geworden. Voor de haalbaarheid van SND biologische denitrificatie zijn er momenteel drie hoofdvisies vanuit verschillende perspectieven:
Macro-omgevingsperspectief: dit standpunt is van mening dat er geen volledig uniforme mengtoestand bestaat en dat de ongelijke verdeling van DO in de reactor aerobe, anoxische en anaërobe gebieden kan vormen, die in dezelfde bioreactor onder anoxisch/anaëroob kunnen voorkomen omgevingsomstandigheden Denitrificatiereactie, gecombineerd met de verwijdering van organisch materiaal in de aerobe omgeving en de nitrificatie van ammoniakstikstof in de sectie, kan SND worden bereikt.
Vanuit het perspectief van de micro-omgeving: Deze visie stelt dat de anoxische micro-omgeving in de microbiële vlok de belangrijkste reden is voor de vorming van SND, dat wil zeggen, door de beperking van zuurstofdiffusie (transmissie), er is een opgeloste zuurstofgradiënt in de microbiële floc, wat bevorderlijk is voor de realisatie van gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie Micro-omgeving.
Biologisch standpunt: Deze opvatting stelt dat het bestaan van speciale microbiële populaties wordt beschouwd als de belangrijkste reden voor het optreden van SND. Sommige nitrificerende bacteriën kunnen naast normale nitrificatie ook denitrificatie uitvoeren, en sommige Nederlandse wetenschappers hebben aerobe nitrificatie geïsoleerd. en kan aërobe denitrificatie van Thiococcus pantrophicus uitvoeren; sommige bacteriën werken met elkaar samen om opeenvolgende reacties uit te voeren om ammoniak om te zetten in stikstof, wat de mogelijkheid biedt om biologische denitrificatie in dezelfde reactor onder dezelfde omstandigheden te voltooien.
Op dit moment zijn er veel microbiologische studies en verklaringen over biologische denitrificatie, maar ze zijn niet perfect, en het begrip van het SND-fenomeen is nog in ontwikkeling en onderzoek. De micro-omgevingstheorie is algemeen aanvaard. Door het bestaan van de opgeloste zuurstofgradiënt is de opgeloste zuurstofconcentratie op het buitenoppervlak van microbiële vlokken of biofilms hoog, voornamelijk aerobe nitrificerende bacteriën en ammoniakbacteriën; diep van binnen is de zuurstofoverdracht geblokkeerd en extern. Een grote hoeveelheid opgeloste zuurstof wordt verbruikt om zuurstofloze gebieden te produceren, en denitrificerende bacteriën zijn de dominante stammen, wat kan leiden tot gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie. Deze theorie verklaart het algemene probleem van verschillende bacteriesoorten in dezelfde reactor, maar er is ook een defect, namelijk het probleem van de organische koolstofbron. De organische koolstofbron is niet alleen de elektronendonor van heterotrofe denitrificatie, maar ook de remmer van het nitrificatieproces. Wanneer de organische koolstofbron in het afvalwater door de aërobe laag gaat, wordt deze eerst geoxideerd door aërobe oxidatie. De denitrificerende bacteriën in de anoxische zone zijn te wijten aan Het gebrek aan elektronendonoren vermindert de denitrificatiesnelheid, wat de denitrificatie-efficiëntie van SND kan beïnvloeden. Daarom moet het mechanisme van gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie nog verder worden verbeterd.
(2) Het mechanisme van gelijktijdige nitrificatie, denitrificatie en denitrificatie in MBBR biologisch bewegend bed
MBBR is een nieuw type reactor met hoog rendement dat de actief-slibmethode van gesuspendeerde groei en de biofilmmethode van aangehechte groei combineert. Het basisontwerpprincipe is om gesuspendeerde vulstoffen met een soortelijk gewicht dicht bij water direct toe te voegen en in water in de reactor te worden gesuspendeerd als de activiteit van micro-organismen. De drager, de gesuspendeerde vulstof kan frequent in contact komen met het riool, en de biofilm (film die hangt) groeit geleidelijk aan op het oppervlak van de vulstof, wat het massaoverdrachtseffect van verontreinigende stoffen, opgeloste zuurstof en biofilm versterkt, dat wil zeggen, MBBR is genaamd "mobiele biologische film". membraan". Gebaseerd op het onderzoek naar het SND-mechanisme tot nu toe, gecombineerd met micro-omgeving en biologische theorie, zijn de mogelijke reactiemodi van SND in MBBR-biofilm aerobe ammoniakoxiderende bacteriën, nitrietoxiderende bacteriën en aerobe denitrificatie verspreid in de aerobe laag van de biofilm. De bacteriën werken samen met anammoxbacteriën, autotrofe nitrietbacteriën en denitrificerende bacteriën verspreid in de biologische anoxische laag, en bereiken uiteindelijk het doel van denitrificatie.
MBBR vertrouwt op de beluchting in de beluchtingstank en het opheffende effect van de waterstroom om de drager in een gefluïdiseerde toestand te brengen, waardoor gesuspendeerd actief slib en aangehechte biofilm wordt gevormd, waardoor de voordelen van zowel aangehechte als gesuspendeerde organismen volledig worden benut. Het biedt niet alleen macroscopische en microscopische aërobe en anaërobe omgevingen, maar lost ook de DO-geschillen en koolstofbrongeschillen op tussen autotrofe nitrificerende bacteriën, heterotrofe denitrificerende bacteriën en heterotrofe bacteriën. Daarom kan MBBR de dynamische balans van de twee processen van nitrificatie en denitrificatie realiseren, en heeft het zeer goede omstandigheden voor gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie, en kan MBBR gelijktijdige nitrificatie, denitrificatie en denitrificatie realiseren.
Beïnvloedende factoren van MBBR gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie
De belangrijkste technologie om gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie in MBBR te bereiken, is het beheersen van de kinetische balans van nitrificatie en denitrificatie in MBBR, en het oplossen van het DO-geschil tussen autotrofe nitrificerende bacteriën en heterotrofe bacteriën, en het koolstofbrongeschil tussen denitrificerende bacteriën en heterotrofe bacteriën. enz. , dus de belangrijkste controlefactoren zijn: koolstof-stikstofverhouding, opgeloste zuurstofconcentratie, temperatuur en pH.
(1) De invloed van vulstoffen op de MBBR-methode
De technische sleutel van de MBBR-methode ligt in de biologische vulstoffen waarvan het soortelijk gewicht dicht bij dat van water ligt en die gemakkelijk vrij te verplaatsen zijn met water onder lichte agitatie. Meestal is de vuller gemaakt van polyethyleen plastic. De vorm van elke drager is een kleine cilinder met een diameter van 10mm en een hoogte van 8mm. Er zijn dwarssteunen in de cilinder en uitstekende verticale vinnen op de buitenwand. Het holle deel van de filler is goed voor 0,95 procent van het totale volume. , dat wil zeggen, in een container vol water en vulmiddel, is het watervolume in elk vulmiddel 95 procent. Rekening houdend met de rotatie van de vuller en het totale volume van de container, wordt de vulverhouding van de vuller gedefinieerd als het deel van de ruimte die door de drager wordt ingenomen. Om het beste mengeffect te bereiken, is de vulverhouding van de vulstof maximaal 0,7. Theoretisch wordt het totale specifieke oppervlak van de vulstof gedefinieerd door het aantal specifieke oppervlakken per volume-eenheid biologische drager, dat in het algemeen 700 m2/m3 is. Wanneer de biofilm in de drager groeit, is het daadwerkelijke effectieve gebruik van het specifieke oppervlak ongeveer 500m2/m3.
Dit type biologische vulstof is bevorderlijk voor de groei van micro-organismen aan de binnenkant van de vulstof, waardoor een relatief stabiele biofilm wordt gevormd en het is gemakkelijk om een gefluïdiseerde toestand te vormen. Wanneer de voorbehandelingsvereisten laag zijn of het afvalwater een grote hoeveelheid vezelachtige stoffen bevat, bijvoorbeeld als de primaire bezinktank niet wordt gebruikt in de gemeentelijke rioolwaterzuivering of wanneer het afvalwater van de papierfabricage dat een grote hoeveelheid vezels bevat, wordt behandeld, kan de biologische vulstof met er wordt een klein specifiek oppervlak en een groot formaat gebruikt. Bij een betere voorbehandeling of voor nitrificatie wordt de biologische vulstof met een groot specifiek oppervlak gebruikt.
(2) Het effect van opgeloste zuurstof (DO) op de MBBR-methode
DO-concentratie is een belangrijke beperkende factor die gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie beïnvloedt. Door de DO-concentratie te regelen, kunnen verschillende delen van de biofilm een aërobe zone of anoxische zone vormen, die het vermogen heeft om gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie te bereiken. fysieke omstandigheden.
Theoretisch, wanneer de DO-concentratie te hoog is, kan DO doordringen in de binnenkant van de biofilm, waardoor het moeilijk wordt om een anoxische zone binnenin te vormen, en een grote hoeveelheid ammoniakstikstof wordt geoxideerd tot nitraat en nitriet, waardoor de TN van het effluent nog steeds hoog is . Integendeel, als de concentratie van DO erg laag is, zal een groot deel van de anaërobe zone in de biofilm worden gevormd en zal de denitrificatiecapaciteit van de biofilm worden verbeterd (de concentraties van nitraat en nitriet in het effluent zijn erg laag ), maar door onvoldoende toevoer van DO, MBBR Het nitrificatie-effect van het proces neemt af, waardoor de concentratie van ammoniakstikstof in het effluent toeneemt, wat leidt tot een toename van de TN van het effluent, wat het uiteindelijke zuiveringseffect beïnvloedt.
Door het onderzoek wordt uiteindelijk een optimale waarde verkregen van de MBBR-methode voor de behandeling van stedelijk huishoudelijk afvalwater DO: wanneer de DO-concentratie hoger is dan 2 mg/L, heeft DO weinig effect op het nitrificatie-effect van MBBR en kan de verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof 97 procent -99 procent procent bereiken, de effluent ammoniakstikstof kan onder de 1.0mg/L worden gehouden; wanneer de DO-massaconcentratie ongeveer 1.0mg/L is, is de verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof ongeveer 84 procent en is de ammoniakstikstofconcentratie in het afvalwater aanzienlijk toegenomen. Daarnaast mag de DO in de beluchtingstank niet te hoog zijn. Een te hoog opgeloste zuurstof kan ervoor zorgen dat de organische verontreinigende stoffen te snel ontleden, waardoor de micro-organismen voedingsstoffen missen, het actief slib gemakkelijk veroudert en de structuur los zit. Daarnaast is DO te hoog en is een te hoog energieverbruik economisch niet geschikt.
Omdat de MBBR-methode voornamelijk de uiteindelijke rioolwaterzuivering realiseert via zwevende vulstoffen, is het effect van DO op de zwevende vulstoffen ook de sleutel tot het algehele behandelresultaat. Studies hebben aangetoond dat de oxygenatiecapaciteit van de reactor toeneemt met de toename van de vulsnelheid van de gesuspendeerde vulstof binnen een bepaald bereik. Onder invloed van beluchting wordt het water samen met de vulstof gefluïdiseerd en de turbulentie van de waterstroom is groter dan die zonder de vulstof, wat de vernieuwing van het gas-vloeistof-interface en de overdracht van zuurstof versnelt, en de snelheid verhoogt van zuurstofoverdracht. Naarmate de hoeveelheid vulmiddel toeneemt, blijven de snijwerking en turbulente werking tussen het vulmiddel, de luchtstroom en de waterstroom versterken. Wanneer de toegevoegde hoeveelheid vulmiddel 60 procent is, wordt het fluïdisatie-effect van het vulmiddel in water echter slecht en neemt ook de mate van turbulentie in het waterlichaam af, wat de transmissiesnelheid van zuurstof en de benuttingsgraad van zuurstof vermindert. Daarom is voor verschillende soorten waterkwaliteit het beheersen van de hoeveelheid DO cruciaal voor het uiteindelijke zuiveringsresultaat van het hele proces.
Wat is MBBR?
Het MBBR-proces is gebaseerd op het basisprincipe van de biofilmmethode. Door een bepaalde hoeveelheid gesuspendeerde drager aan de reactor toe te voegen, worden de biomassa en biologische soorten in de reactor verhoogd, waardoor de verwerkingsefficiëntie van de reactor wordt verbeterd. Omdat de dichtheid van het vulmiddel dicht bij die van water ligt, wordt het tijdens beluchting volledig met water gemengd en is de omgeving voor microbiële groei gas, vloeistof en vaste driefasen.
De botsing en het afschuiven van de drager in het water maken de luchtbellen kleiner en verhogen de benuttingsgraad van zuurstof. Bovendien heeft elke drager verschillende biologische soorten binnen en buiten, met enkele anaërobe bacteriën of facultatieve bacteriën die binnenin groeien, en aerobe bacteriën buiten, zodat elke drager een microreactor is, zodat nitrificatiereactie en denitrificatiereactie naast elkaar bestaan, waardoor het verwerkingseffect wordt verbeterd .